Pracovní list LabQuest Vernier. Fyzikální princip Bílé světlo se při průchodu skleněným hranolem rozkládá na jednoduché barvy vzniká tak spektrum

Pracovní list – LabQuest Vernier

SVĚTELNÉ JEVY

2.14 BARVY SVĚTLA

Fyzikální princip Bílé světlo se při průchodu skleněným hranolem rozkládá na jednoduché barvy – vzniká tak spektrum.

Jsou v něm tyto barvy: fialová, indigová, modrá, žlutá, oranžová a červená.

Cíl Pomocí spektrofotometru určit spektrum bílého světla (slunečního). Dále určit spektrum odraženého světla různých barevných papírů. Pomůcky LabQuest, spektrofotometr SVIS-PL s optickým vláknem, různě barevné papíry.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Barvy světla 1.

Schéma

Postup 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Spektrofotometr SVIS-PL s optickým vláknem zapojíme do USB konektoru LabQuestu. Zapneme LabQuest. V menu Senzory – Změnit jednotky – USB Spektrometr zvolíme Intenzita. Zvolíme zobrazení Graf . Optické vlákno namíříme na nebe (ve dne). na LabQuestu. Změříme emisní spektrum „bílého světla“. Stiskneme tlačítko START Uložíme graf – menu Graf – Uložit měření. Zopakujeme a ukládáme měření s tím, že těsně před optické vlákno vkládáme různě barevné papíry (tělesa).

8. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Pomocí spektrofotometru změř spektra barev na monitoru. Vyslov závěr. Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Barvy světla 2.


Práce a energie

3.2 ENERGIE POLOHOVÁ A POHYBOVÁ

Fyzikální princip Polohová energie Ep je druh mechanické energie, kterou těleso získá při zvyšování své nadmořské výšky. Vypočítáme ji Ep= m·g·h. Pohybová energie Ek je druh mechanické energie, kterou má pohybující se těleso. Vypočítáme ji Ek= ½·m·v2. Cíl Pohybovou a polohovou energii kmitavého pohybu. Pomůcky LabQuest, ultrazvukový senzor MD-BTD nebo GO-MOT, těleso (závaží), pružina, stojan, metr.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Energie polohová a pohybová 1.

Postup 1. Připojíme ultrazvukový senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu. 2. Určíme tuhost používané pružiny.

3. Zapneme LabQuest. 4. V menu Senzory – Záznam dat nastavíme Režim: Časová základna; Frekvence: 20čtení/s; Trvání: 10s. 5. Zvolíme zobrazení Graf . 6. Zvážíme závaží na digitálních vahách a zavěsíme ho na pružinu a pod závaží položíme ultrazvukový senzor a budeme měřit vzdálenost a rychlost kmitajícího závaží na pružině. 7. Uvedeme závaží do kmitavého pohybu. 8. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu.


9. Soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analýzu.

9. V menu Data - Nový dopočítávaný sloupec zadáme název, značku, jednotku a rovnici pro Ek:

10. V menu Data - Nový dopočítávaný sloupec zadáme název, značku, jednotku a rovnici pro Ep:

11. V menu Data - Nový dopočítávaný sloupec zadáme název, značku, jednotku a rovnici pro E: Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Energie polohová a pohybová 3.

12. Zobrazíme grafy pro průběhy energií:

13. Vyslovíme závěr.


Doplňující otázky 1. Změníme dobu trvání na 300 s. Opakujeme měření. Co pozorujeme? Jak se mění energie?

2. Jiný postup určení tuhosti pružiny k: a) Na siloměr zavěsíme pružinu. b) Vyznačíme na pozadí (tabule) konec pružiny „značku – 0cm“. Dále si pomocí pravítka vyznačíme značky 5, 10, 15, 20, …cm. c) V menu Senzory – Záznam dat nastavíme Režim: Události + Hodnoty; Název: Prodloužení; Jednotky: cm. d) Vynulujeme siloměr v menu Senzory – Vynulovat. e) Zvolíme zobrazení Graf . (měření) na LabQuestu. f) Stiskneme tlačítko START g) h) i) j) k) l)

Stiskneme tlačítko (zachovat). Do textového okénka vložíme hodnotu 0cm a stiskneme OK. Prodloužíme pružinu o 5cm. Stiskneme tlačítko (zachovat). Do textového okénka vložíme hodnotu 5cm a stiskneme OK. Opakujeme body i), j) a k) pro 10, 15, 20, …cm.

(ukončit měření). m) Stiskneme tlačítko n) Provedeme analýzu grafu – menu Analýza – Fitovat křivku – Typ rovnice: Přímá úměrnost. o) Z grafu určíme tuhost pružiny k – je směrnice polopřímky A vynásobená 100 (protože l jsme zadávali v cm). 3. Opakujeme pro jiné závaží nebo jinou pružinu.



Tepelné jevy

3.6 VEDENÍ TEPLA

Fyzikální princip Zahříváme-li jednu část podélného tělesa z pevné látky, přenáší se rychlejší pohyb atomů na další a další atomy. Tím se zvyšuje i teplota dalších částí. Tento jev se nazývá vedení tepla. Látky dělíme na tepelné vodiče (měď, hliník, …) a tepelné izolanty (vzduch, plasty, dřevo, …). Cíl Ověřit šíření tepla tepelným vodičem. Pomůcky LabQuest, čtyři teploměry TMP-BTA, tlustší Cu vodič, lihový kahan, dva laboratorní stojany.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Vedení tepla 1.

Postup 1. Připojíme čtyři teploměry TMP-BTA do vstupů CH1 až CH4 LabQuestu. LabQuest připojíme k PC přes USB konektor. Teploměry můžeme upevnit do smyček vytvořených z tlustšího měděného drátu – viz schéma. 2. Zapneme LabQuest. V programu LoggerPro v menu Experiment – Sběr dat nastavíme: Vzorkovací frekvence: 1 vzorek/ sekundu; Zatrhneme Nepřerušený sběr dat. 3. Zapálíme lihový kahan a postavíme ho pod konec Cu vodiče – viz schéma. 4. V programu LoggerPro zvolíme Sběr dat . Necháme určitou dobu běžet měření.

5. Ukončíme měření – v programu LoggerPro zvolíme Zastavit 6. Porovnáme naměřené grafy. 7. Vyslovíme závěr.

.

Doplňující otázky 1. Zkus měření pro jiný pevný tepelný vodič? 2. Zkus stejné měření pro kapalné těleso (voda v nádobě).

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Vedení tepla 2.


Zvukové jevy

3.10 ZVUK

Fyzikální princip Zvuk je podélné vlnění s frekvencí od 16 Hz do 20 kHz. Cíl Určit časový diagram některých zdrojů zvuku - ladičky, kláves, hudebních nástrojů ... Určit frekvenci (výšku) tónů c1, d1, e1, ..., c2. Určit hudební intervaly těchto tónů. Předvést barvu tónů. Pomůcky LabQuest, mikrofon MCA-BTA, zdroje zvuku (hudební nástroje), ladičky.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Zvuk 1.

Postup 1. Zapneme LabQuest. 2. Připojíme mikrofon MCA-BTA do vstupu CH1 LabQuestu nebo v menu Senzory – Nastavení senzorů zvolíme INT – Vnitřní mikrofon. 3. Zvolíme zobrazení Graf . 4. Rozezvučíme zdroj zvuku – hláska „a“, „e“, „s“... 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 6. Ukládáme naměřené zvuky v menu Graf – Uložit měření nebo zvolíme . Pomocí kalkulačky určujeme kmitočty periodických zvuků. Uložíme soubor.


7. Opakujeme body 4., 5. a 6. pro tóny c1, d1, e1, ..., c2. Určujeme kmitočet těchto tónů (změříme periodu a kmitočet vypočítáme) a jejich hudební intervaly. 8. Naměřené kmitočty tónů a vypočítané hodnoty hudebních intervalů porovnáme s hodnotami v tabulce.

Doplňující otázky 1. Zkoušíme měřit časové diagramy různých hudebních nástrojů. 2. Zkus změřit stejné tóny různých hudebních nástrojů. Co je barva tónů?



Elektrodynamika

4.1 MAGNETICKÉ POLE VODIČE

Fyzikální princip Roku 1820 Hans Christian Oersted prokázal, že vodič, jímž prochází elektrický proud, vytváří kolem sebe magnetické pole.

Magnetické indukční čáry mají tvar soustředných kružnic ležících v rovinách kolmých na vodič. Orientace indukčních čar závisí na směru proudu a k jejímu určení používáme Ampérovo pravidlo pravé ruky: Naznačíme uchopení vodiče do pravé ruky tak, aby palec ukazoval dohodnutý směr proudu ve vodiči, prsty pak ukazují orientaci magnetických indukčních čar. Cíl Ověřit závislost magnetické indukce na velikosti proudu procházejícího vodičem a na vzdálenosti od vodiče.

Pomůcky LabQuest, rezistor 10Ω, ampérmetr DCP-BTA, teslametr MG-BTA, vodič, regulovatelný zdroj proudu a napětí BK 127. Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole vodiče 1.

Schéma

Postup 1. Připojíme ampérmetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Připojíme teslametr MG-BTA k vstupu CH2 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 2 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3. V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 1. V menu graf na ose x zvolíme proud; Vlevo: 0; Vpravo: 0,6A. Na ose y zvolíme Magnetickou indukci a Spojovat body; Dole: 0 a Nahoře: 6mT. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. (měření) na LabQuestu. 4. Stiskneme tlačítko START 5. Regulovatelným zdrojem zvyšujeme napětí (proud). Kontrolujeme proud – max. 0,6A. Teslametrem měříme magnetickou indukci v okolí vodiče. 6. Potom nastavíme konstantní hodnotu proudu a pohybujeme teslametrem v kolmém směru k ose vodiče. 7. Vyslovíme závěr - jak závisí mag. indukce B na velikosti elektrického proudu I a na vzdálenosti? Doplňující otázky 1. Ze znalosti velikosti proudu a vzdálenosti od vodiče spočítej magnetickou indukci? I B=µ , kde μ0=4π·10-7N·A-2 2 ⋅π ⋅ d Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole vodiče 2.


Elektrodynamika

4.2 SÍLA PŮSOBÍCÍ NA VODIČ V MAGNETICKÉM POLI

Fyzikální princip Na vodič o délce l, kterým prochází proud I a je umístěný v magnetickém poli trvalého magnetu s indukcí B , působí síla F=B·I·l.

Cíl Ověřit závislost síly působící na vodič v magnetickém poli na velikosti proudu procházejícího vodičem. Pomůcky LabQuest, siloměr DFS-BTA, ampérmetr HCS-BTA, vodič, magnet, regulovatelný zdroj proudu a napětí KXN-305D, rezistor 2Ω-10W.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Síla působící na vodič v magnetickém poli 1.

Schéma

Postup 1. Připojíme ampérmetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Připojíme siloměr DFS-BTA ke vstupu CH2 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 60s, Frekvence: 10 . čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu 3. V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 1. V menu graf na ose x zvolíme proud; Vlevo: 5A; Vpravo: 5 A. Na ose y zvolíme Síla a Spojovat body; Dole: -0,03 N a Nahoře: 0,03 N. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. 4. Regulovatelným zdrojem zvyšujeme napětí (proud). Kontrolujeme proud – max. 5 A. 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 6. Regulovatelným zdrojem zmenšujeme napětí (proud) na 0 V (0 A). Přepólujeme zapojení zdroje. Regulovatelným zdrojem zvyšujeme napětí (proud). Kontrolujeme proud – max. 5 A. Graf se vykresluje na opačnou stranu osy y. Siloměrem měříme sílu působící na vodič v magnetickém poli.


7. Provedeme analýzu grafu – proložíme lineární funkci.

8. Vyslovíme závěr - jak závisí síla na velikosti elektrického proudu I? Doplňující otázky 1. Vypočítej velikost síly ze známých hodnot B, I a l: F = B ⋅ I ⋅ l . B změř teslametrem uvnitř magnetického pole magnetu. 2. Místo jednoduchého vodiče použij několik závitů vodiče (viz schéma). Porovnej výsledky měření.



Elektrodynamika

4.3 ELEKTROMAGNETICKÁ INDUKCE

Fyzikální princip Elektromagnetická indukce je jev, při kterém vzniká elektrické napětí ve vodiči změnou magnetického pole v okolí vodiče (cívky). Indukované napětí závisí na velikosti změny magnetického pole i na rychlosti jeho změny. Cíl Změřit indukované napětí. Ověřit na čem závisí. Pomůcky LabQuest, voltmetr VP-BTA, cívka s jádrem, permanentní magnet.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Elektromagnetická indukce 1.

Postup 1. Připojíme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 5s, Frekvence: 50 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . Roztočíme permanentní magnet v těsném okolí cívky (jádra). 3. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu.

4. Opakujeme měření s rychlejším (pomalejším) otáčením magnetu. 5. Vyměníme magnet za „silnější“. 6. Vyslovíme závěr – na čem závisí indukované napětí? Doplňující otázky 1. Zkus cívku s jiným počtem závitů. 2. Zkus pohybovat membránou reproduktoru a měřit indukované napětí. 3. Zkus napjatou strunu umístit do magnetického pole a na ní měřit velikost indukovaného napětí.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Elektromagnetická indukce 2.


Kinematika 5.4 RYCHLOST OTÁČENÍ, KMITOČET. Fyzikální princip 2πr , kde f je T kmitočet (frekvence) pohybu, T je oběžná doba a r je poloměr kružnice (trajektorie pohybu). Velikost rychlosti hmotného bodu můžeme vyjádřit pomocí vztahu v = ω ⋅ r = 2πrf = Cíl Změřit kmitočet pohybu po kružnici. Určit rychlost hmotného bodu. Pomůcky LabQuest, luxmetr LS-BTA, senzor světla TILT-BTA, otáčející se těleso – ventilátor, vrtačka, ...

Schéma

Pracovní list byl vytvořen - 1 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Rychlost otáčení, kmitočet 1.

Postup 1. Světelná senzor TILT-BTA zapojíme do konektoru CH 1 LabQuestu. 2. Zapneme LabQuest. 3. V menu Senzory – Záznam dat nastavíme Režim: Časová základna; Frekvence: 1000 čtení/s; Trvání: 0,1 s. 4. Zvolíme zobrazení Graf . Nastavíme senzor nad otáčející se těleso (viz schéma). (měření) na LabQuestu. 5. Stiskneme tlačítko START

6. Z grafu odečteme kmitočet pohybu. Z poloměru kružnice a kmitočtu vypočítáme rychlost pohybu hmotného bodu. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Určete úhlovou rychlost. 2. Určete pro daný kmitočet počet otáček za minutu. 3. Zopakujte měření pro jiné otáčivé pohyby.

Pracovní list byl vytvořen - 2 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Rychlost otáčení, kmitočet 2.


Mechanická práce a mechanická energie

5.11 KINETICKÁ A POTENCIÁLNÍ ENERGIE

Fyzikální princip Polohová (potenciální) energie Ep ve výšce h nad zvolenou nulovou hladinou potenciální energie hmotného bodu o hmotnosti m, je dána vztahem Ep= m·g·h. Pohybová (kinetická) energie Ek hmotného bodu o hmotnosti m, který se pohybuje rychlostí o velikosti v, je dán vztahem Ek= ½·m·v2. Součet kinetické a potenciální energie tvoří celkovou mechanickou energii E = Ek + Ep. Cíl Určit pohybovou a polohovou energii tělesa. Pomůcky LabQuest, ultrazvukový senzor MD-BTD, vozíček, digitální váha, dráha pro mechaniku VDS.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Kinetická a potenciální energie 1.

Postup 1. Připojíme ultrazvukový senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu a ten přes USB do PC. Pomocí digitálních vah určíme hmotnost vozíčku. 2. Sestavíme měření dle schéma. Určíme sklon dráhy.

3. Zapneme LabQuest a připojíme k PC. Přepínač ultrazvukového senzoru přepneme na vozíček.

4. V programu LoggerPro v menu Experiment – Sběr dat nastavíme: Délka: 30 s; Vzorkovací frekvence: 20vzorků/sekunda. 5. V menu Data – Nový dopočítávaný sloupec nastavíme: a) Název: výška; Značka h; Jednotka: m; Rovnice: (0,6212-"vzdálenost")*3/122 – 0,6212 max. vzdálenost vozíčku od senzoru; 3/122 je sklon dráhy; b) Název: Potenciální energie; Značka Ep; Jednotka: J; Rovnice: 0,518*9,81*"výška" – 0,518 je hmotnost vozíčku; c) Název: Kinetická energie; Značka Ek; Jednotka: J; Rovnice: 0,5*0,518*"Velocity"*"Velocity"; d) Název: Celková energie; Značka E; Jednotka: J; Rovnice: "Potenciální energie"+"Kinetická energie"; 6. Postavíme vozíček 20 cm od ultrazvukového senzoru, pustíme ho a současně zapneme sběr dat. Vozíček bude střídavě sjíždět a vyjíždět (po odrazu od magnetického nárazníku) po dráze.

Graf potenciální energie a výšky.


Graf kinetické energie a rychlosti.

Graf celkové energie. 7. Vyslovíme závěr – jak se mění Ek, Ep, E, Em (magnetická) jak se přeměňují energie, kde se ztrácí? Doplňující otázky 1. Opakujeme měření pro menší (větší) sklon nebo hmotnost vozíčku



Gravitační pole

5.12 TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ

Fyzikální princip Působením tíhové síly FG se pohybuje volně puštěné těleso ve vakuu volným pádem se zrychlením g, které se nazývá tíhové zrychlení. U nás je tíhové zrychlení 9,81 m·s-2. Cíl Určit tíhové zrychlení tělesa. Pomůcky LabQuest, ultrazvukový senzor MD-BTD, míč, stojan.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Tíhové zrychlení 1.

Postup 1. Připojíme ultrazvukový senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu. LabQuest připojíme k PC přes USB. 2. Sestavíme měření dle schéma. Přepínač na ultrazvukovém senzoru přepneme na „míč“. 3. Zapneme LabQuest. Nastartujeme program LoggerPro. 4. V menu Experiment – Sběr dat nastavíme: Délka: 5 s; Vzorkovací frekvence: 20 vzorků/sekunda 5. Na ose y vlevo nastavíme „vzdálenost“ na ose y vpravo „rychlost“. Na druhém grafu nastavíme na ose y vlevo nastavíme „zrychlení“ na ose y vpravo „vzdálenost“. 6. Balón přidržíme 20 cm od senzoru (asi 1,5 m nad zemí), zapneme sběr dat a pustíme balón.

Graf vzdálenosti a rychlosti.

Graf zrychlení a vzdálenosti. 13. Vyslovíme závěr – velikost tíhového zrychlení (menu Analýza – Statistika). Doplňující otázky a) Vyzkoušíme jiná tělesa – míče, koule, papírové tácky, … Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Tíhové zrychlení 2.


Mechanika kapalin a plynů

5.13 HYDROSTATICKÝ TLAK, TLAK V BALÓNKU.

Fyzikální princip Tlak v kapalině vyvolaný hydrostatickou tlakovou silou se nazývá hydrostaický tlak ph. Hydrostaický tlak v hloubce h pod volným povrchem kapaliny o hustotě ρ je ph =ρ·h·g. Cíl Ověřit závislost hydrostaického tlaku ph na hloubce h. Pomůcky LabQuest, senzor tlaku plynu GPS-BTA s příslušenstvím, odměrný válec (nebo PET láhev), pravítko, balónek.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hydrostatický tlak,. tlak v balónku 1.

Postup 1. Připojíme senzor tlaku GPS-BTA (je možné použít i BAR-BTA) do vstupu CH1 LabQuestu. Našroubujeme hadičku na závit senzoru. 2. Zapneme LabQuest a v základním menu Senzory zvolíme Záznam dat ... Nastavíme Režim: Události + hodnoty; Název: Hloubka; Jednotky: cm. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. 3. Zvolíme okno Graf. Na svislé ose je tlak a na vodorovné hloubka. 4. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. Objeví se nové tlačítko pro vložení události – hloubky. Stiskneme toto tlačítko a vložíme hlobka 0 cm. Tlakoměr držíme nad vodní hladinou (nesmí se do něj dostat voda)!!! 5. Zasuneme ústí hadičky do hloubky 1 cm a opakujeme vložení události. Pak postupně ponořujeme 2, 3, 4, ..., 20 cm. 6. V menu Analýza zvolíme Fitovat křivku - Tlak. Vybereme typ rovnice Lineární funkce (Přímá úměrnost). 7. Zapíšeme si rovnici funkce ph=f(h) i s koeficienty. Doplňující otázky 1. Zkus stejné měření pro jinou kapalinu (y). 2. Zkus stejné měření pro různé tvary nádob – hydrostatické paradoxon.

3. Zkus změřit závislost tlaku plynu p uvnitř balónku na průměru d balónku. Prověď analýzu naměřené funkce.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hydrostatický tlak,. tlak v balónku 2.


Mechanika kapalin

5.14 URČENÍ HUSTOTY PEVNÉ LÁTKY POMOCÍ ARCHIMEDOVA ZÁKONA

Fyzikální princip Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou Fvz , jejíž velikost se rovná tíze kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořeného tělesa (Archimedův zákon). Pro vztlakovou sílu platí Fvz = V•ρk•g; kde V je objem ponořené části tělesa, ρ je hustota kapaliny, g je tíhové zrychlení. FG F Hustotu tělesa můžeme vypočítat ze znalosti velikosti sil: ρ t = ⋅ ρ k = G ⋅ ρ k , kde FG je tíhová FG − F Fvz síla (těleso zavěšené na siloměru na vzduchu), Fvz je vztlaková síla, F je výsledná síla (těleso zavěšené na siloměru ponořené do kapaliny) působící na těleso (F = FG - Fvz).

Cíl Určit tíhovou sílu FG, výslednou sílu F a vztlakovou sílu Fvz. Určit hustotu pevné látky ρt tělesa FG F ⋅ ρk = G ⋅ ρk . pomocí Archimedova zákona: ρ t = FG − F Fvz

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Určení hustoty pevné látky pomocí Archimedova zákona 1.

Pomůcky LabQuest, siloměr DFS-BTA, nádoba s vodou, těleso(a), stojan.

Schéma

Postup 1. 2. 3. 4.

Siloměr DFS-BTA upevníme na stativ (dle schéma) a zapojíme do CH 1 LabQuestu. Zapneme LabQuest. Vynulujeme siloměr v menu Senzory – Vynulovat. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 5 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf . 5. Na siloměr zavěsíme těleso (závaží). Počkáme až se „uklidní“.


(měření) na LabQuestu. Asi po 6 sekundách ponoříme 6. Stiskneme tlačítko START těleso do vody (nadzvedneme kádinku s vodou a podsuneme pod kádinku podložku) a necháme dokončit měření.

7. Z grafu odečteme tíhovou sílu FG pomocí menu Analýza – Statistika a stejně i výslednou sílu F (závaží ve vodě). 8. Vypočítáme vztlakovou sílu Fvz= FG - F. 9. Vypočítáme hustotu tělesa ρt ze vztlakové síly Fvz , tíhové síly FG a hustoty kapaliny ρk (voda): F ρt = G ⋅ ρk . Fvz 10. Ověříme určení tíhové síly zvážením tělesa na digitálních vahách. 11. Vypočítanou hustotu tělesa ověříme v tabulkách. Doplňující otázky 1. Provedeme měření pro jiná tělesa. 2. Pokud má těleso tvar válce vypočítáme objem válce z jeho rozměrů a dále vypočítáme jeho hustotu.



Mechanika plynů

5.16 ATMOSFÉRICKÝ TLAK

Fyzikální princip Atmosféra Země je vzdušný obal Země a má svoji hmotnost. Podle normální hustoty vzduchu má 1 m3 vzduchu hmotnost asi 1,29 kg. Celková hmotnost atmosféry je asi 5,1·1018 kg, tedy přibližně 0,0000009 celkové hmotnosti Země. Tak velká hmotnost vzduchu působí svou tíhovou silou kolmo na libovolně orientovanou plochu na Zemi a způsobuje tak tlak. Tento tlak označujeme jako atmosférický tlak a vzniká tedy tíhou svislého sloupce vzduchu sahajícího od zemského povrchu vzhůru skrz celou atmosféru. Jednotkou tlaku je pascal (Pa) v meteorologii častěji používáme jeho násobek hektopascal (hPa = 100 Pa). Dříve se používala jednotka bar (b), respektive milibar (mb). Ve starší literatuře se jako jednotka tlaku používá milimetr rtuťového sloupce. Tlak běžně měříme pomocí barometrů a aneroidů. Na velikost atmosférického tlaku má vliv teplota vzduchu, obsah vodní páry v atmosféře, nadmořská výška a zeměpisná šířka. Pro vzájemné porovnávání se používá tlak redukovaný na hladinu moře. Tento tlak je dohodou stanovený jako normální atmosférický tlak s hodnotou 1013,25 hPa. Cíl Určit jak se mění tlak v troposféře. Pomůcky LabQuest, teploměr TMP-BTA, barometr BAR-BTA, vlhkoměr RH-BTA.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Atmosférický tlak 1.

Postup 1. Do vstupu CH 1 LabQuestu připojíme barometr BAR-BTA. 2. Zvolíme zobrazení Graf . Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 600s, Frekvence: 2 čtení/s. 3. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 4. Měníme nadmořskou výšku – jedeme výtahem, jdeme po schodech „dolů“ a pak „nahoru“. 5. Odhadneme nebo změříme velikost změny nadmořské výšky. 6. Po skončení měření (600s) nebo po stisknutí tlačítka (ukončit měření). Uložíme graf – menu Graf – Uložit měření. 7. Vyslovíme závěr. K jaké změně atmosférického tlaku došlo v závislosti na změně nadmořské výšky. Jaký je „gradient tlaku“? Doplňující otázky 1. Jak spolu souvisí teplota, atmosférický tlak, vlhkost? Zdůvodni. Ověř delším měřením – 24 h nebo déle. 2. Jak se mění teplota, tlak a vlhkost v průběhu dne? Zdůvodni. Ověř delším měřením – 24 h nebo déle. 3. Jak souvisí teplota, tlak, vlhkost se změnou počasí? 4. Zkus měřit tyto hodnoty naráz v různých nadmořských výškách na jednom místě (například v různých poschodích domu). Jak se liší naměřené hodnoty? 5. Zkus připojit i luxmetr LS-BTA nebo světelný senzor TILT-BTA. Proveď stejné měření. Co naměříš světelným senzorem?

6. Ověř získané výsledky podle tabulkových hodnot. V Excelu vytvoř tabulku a graf z tabulkových hodnot. Jaká je to funkce? 7. Jak vypadá barometrická rovnice?


8. Ukázky naměřených grafů:



Molekulová fyzika a termika

6.1.2 TÁNÍ

Fyzikální princip Táním rozumíme změnu pevného skupenství ve skupenství kapalné. Cíl Uskutečnit tání a pochopit děje, které probíhají v okolní kapalině při tání pevného tělesa. Pomůcky LabQuest, dva teploměry TMP-BTA, dva teploměry STS-BTA, digitální váhy, dva stejné kusy ledu, dvě PET nádoby, držáky, sůl.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen - 1 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Tání 1.

Postup 1. Připojíme první teploměr TMP-BTA do vstupu CH1 a druhý teploměr STS-BTA do vstupu CH2 LabQuestu. Prvním budeme měřit teplotu vody u hladiny a druhým teplotu u dna. Podobně použijeme třetí teploměr TMP-BTA a čtvrtý teploměr STS-BTA připojíme do vstupů CH3 a CH4 a podobně budeme měřit teplotu vody v druhé nádobě u hladiny a u dna (viz schéma). Do první nádoby nasypeme 100g soli. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 800 s, Frekvence: 1 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu. 3. Zvolíme okno Graf. 4. Necháme děti odhadnout výsledek experimentu. 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. Do obou nádob vložíme dva stejné 100g kusy ledu, které jsme si předem nachystali. 6. Necháme v klidu proběhnout měření.

7. Z grafů odečteme teploty na začátku tání a po 800 sekundách tání u hladiny a u dna. 8. Vyslovíme závěr. 9. Pracovní list byl vytvořen - 2 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Tání 2.

Doplňující otázky 1. 2. 3. 4. 5.

Proč je v nádobě se solí na konci měření teplejší voda u dna? Proč je v nádobě s vodou na konci měření teplejší voda u hladiny? Proč v nádobě se solí tání probíhá pomaleji? Proč v nádobě s vodou tání probíhá rychleji? Zkus zopakovat pokus s obarvenými kostkami ledu potravinářským barvivem.

6. Místo soli zkus použít cukr. Bude to mít vliv na výsledek?

Pracovní list byl vytvořen - 3 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Tání 3.


Mechanické kmitání a vlnění

6.8 KYVADLO

Fyzikální princip Matematické kyvadlo, jako model mechanického oscilátoru, má podobu malého tělesa (hmotného bodu) zavěšeného na pevném vlákně zanedbatelné hmotnosti a konstantní délky l. Pro periodu l vlastního kmitání kyvadla platí T = 2 π . g Cíl Určit periodu kmitání kyvadla. Změřit časové diagramy kinematických veličin harmonické pohybu. Určit rovnice výchylky, rychlosti a zrychlení harmonického pohybu. Pomůcky LabQuest, senzor polohy a pohybu MD-BTD, kyvadlo.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Kyvadlo 1.

Postup 1. Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojíme do konektoru DIG 1 LabQuestu. Na závěs zavěsíme závaží. 2. Zapneme LabQuest. 3. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 10s, Frekvence: 20 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf . 4. Necháme kývat kyvadlo. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 5. Určíme délku vlákna l (až do těžiště tělesa). Vypočítáme periodu kmitání. Ověříme měřením. 6. Vložíme naměřený soubor do programu LoggerPro. V menu Analýza – Proložit křivku vložíme do časových diagramů křivku – sinusoidu.

7. Zapíšeme rovnice výchylky, rychlosti a zrychlení harmonického pohybu. Doplňující otázky 1. Z časových diagramů určete: počáteční fáze, fázový rozdíl, amplitudy, frekvenci, periodu. 2. Ověř, že stejné rovnice platí pro kmitavý pohyb. Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Kyvadlo 2.


Mechanické vlnění

6.9 VLNĚNÍ

Fyzikální princip Vlnění je přenos kmitání látkovým prostředím. Vlnění může být příčné nebo podélné. Stojaté vlnění vzniká složením (interferencí) postupné a odražené vlny. Některé body kmitají s maximlní výchylkou (kmitna) a některé nekmtají (uzel). Uzly jsou ve vzdálenosti poloviny vlnové délky λ. Cíl Demonstrovat stojaté vlnění pomcí kloboukové gumy. Určit veličiny vlnění – základní frekvence, vyšší harmonická frekvence, vlnová délka, rychlost šíření. Pomůcky LabQuest (jako generátor), zesilovač PAMP, basový reproduktor 8 Ω, dva laboratorní stojany, klobouková guma, .

Schema

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Vlnění 1.

Postup 1. Propojíme audio výstup LabQuestu ke vstupu zesilovače. Výstup zesilovače propojíme s basovým reproduktorem 8 Ω (ten je upraven tak, aby se chvění membrány mohlo přenášet na gumu - pomocí tavné pistole přilepíme očko). 2. Zapneme LabQuest a v základním menu zvolíme aplikaci – generátor funkcí (Zesilovač). 3. Signál zvolíme sinus, kmitočet nastavíme 10Hz a napětí 10V. 4. Mezi dva stojany napneme kloboukovou gumu, kterou provlékneme na jednom okraji očkem. 5. Zapneme generátor funkcí a jemným posouváním stativu nastavíme tah gumy tak, aby kmitala se základní frekvencí.

6. Určíme vlnovou délku λ. Ze známé základní frekvence vypočítáme rychlost šíření vlnění. 7. Na LabQuestu změníme postupně frekvenci na 20Hz, 30Hz, 40Hz, .... Pozorujeme změny.

8. Jak se mění vlnová délka? Jak se mění rychlost šíření vlnění? Doplňující otázky 1. Nastav základní kmitočet, změř amplitudu výchylky ym. Co se děje s aplitudou při zvětšování kmitočtu? 2. Jaký je vztah pro základní a vyšší harmonické frekvence?. 3. Vyzkoušej různé gumy (délky, tloušťky) a pozoruj co se děje při změně tahu gumy? Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Vlnění 2.


Mechanické kmitání a vlnění

6.10 SLOŽENÉ KMITÁNÍ

Fyzikální princip Složené kmitání vzniká při kmitání dvou oscilátorů, které jsou navzájem spojeny např. gumovým vláknem. Superpozicí dvou harmonických kmitání o: a) stejné frekvenci vzniká kmitání téže frekvence. Amplituda závisí na fázovém rozdílu složek.

b) různé frekvenci vzniká kmitání, které není harmonické.

Když se frekvence složek velmi málo liší, vzniká složené kmitání, které nazýváme rázy (nebo v akustice zázněje).

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Složené kmitání 1.

Cíl Určit časový diagram složeného kmitání s blízkou frekvencí složek. Pomůcky LabQuest, 2 senzory polohy a pohybu MD-BTD, 2 kyvadla.

Schéma

Postup 1. Senzory polohy a pohybu MD-BTD zapojíme do konektorů DIG 1 a DIG 2 LabQuestu. Na závěs zavěsíme dvě závaží dle schéma. 2. Zapneme LabQuest. 3. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 100s, Frekvence: 20 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf .


4. Necháme kývat kyvadla. Stiskneme tlačítko START

(měření) na LabQuestu.

5. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Jaký je kmitočet 1. oscilátoru, 2. oscilátoru a rázů? 2. Pomocí generátoru signálů (audio) vyzkoušej zázněje. Zkus je naměřit pomocí mikrofonu. 3. Jak se mění zázněje s rozdílem kmitočtů obou oscilátorů?



Zvukové jevy

6.13 RYCHLOST ZVUKU VE VZDUCHU

Fyzikální princip Zvuk je podélné vlnění s frekvencí od 16Hz do 20 kHz. Rychlost zvuku můžeme změřit přímou metodou tak, že změříme vzdálenost, kterou zvuk urazil a dobu, za kterou mu to trvalo. Rychlost zvuku ve vzduchu závisí na složení na složení vzduchu (nečistoty, vlhkost, druh plynu), ale nejvíce na jeho teplotě: vt= 331,82 + 0,61·t , kde teplota t je v Celsiových stupních. Rychlost zvuku také můžeme změřit otevřeným rezonátorem – trubicí, v jejímž vzduchovém sloupci vzbuzujeme chvění pomocí zdroje zvuku (reproduktoru). Cíl Změřit rychlost zvuku ve vzduchu při dané teplotě otevřeným rezonátorem. Pomůcky LabQuest, zesilovač PAMP, hlukoměr SLM-BTA, zdroj zvuku – LabQuest jako generátor funkcí s reproduktorem, odpadní trubka HTEM.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Rychlost zvuku ve vzduchu 1.

Postup 1. Propojíme audio výstup LabQuestu ke vstupu zesilovače. Výstup zesilovače propojíme s reproduktorem 8 Ω, který přiložíme k otvoru otevřeného rezonátoru - trubky. 2. Zapneme LabQuest a v základním menu zvolíme aplikaci – generátor funkcí (Zesilovač). 3. Signál zvolíme sinus, kmitočet nastavíme 200 Hz a napětí 10V. 4. Připojíme hlukoměr SLM-BTA do vstupu CH1 druhého LabQuestu. 5. Zapneme druhý LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 2 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu. 6. Nastavení hlukoměru SLM-BTA: Time Weiting – S (slow), Maximum Level Hold – RESET (průběžně zobrazuje), Frequency Weighting – A (pomalé změny). Hlukoměr připevníme na delší tyčku. 7. Stiskneme tlačítko START (měření) na druhém LabQuestu. 8. Pomalu zasouváme hlukoměr do trubky v průběhu 20s.

9. Uložíme měření. Změníme kmitočet na 300Hz a zopakujeme měření. 10. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Vyzkoušíme stejné měření, ale měření provádíme po jednotlivých hodnotách s tím, že vkládáme hodnoty vzdálenosti. Ze vzdáleností uzlů (kmiten) určíme vlnovou délku λ a z hodnoty kmitočtu f zvuku vypočítáme rychlost šíření zvuku v.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Rychlost zvuku ve vzduchu 2.


Zvukové vlnění

6.17 DOPPLERŮV JEV

Fyzikální princip Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnové délky přijímaného signálu oproti vysílanému signálu, způsobenou nenulovou vzájemnou rychlostí vysílače a přijímače. Jev byl poprvé popsán Christianem Dopplerem v roce 1842. Jestliže pohyblivý zdroj (auto, motorka, vlak,...) vysílá signál s v frekvencí f0, pak stojící pozorovatel jej přijímá s frekvencí f = f 0 , kde v je rychlost vln v − v rel (zvuku) v dané látce a vrel relativní radiální rychlost zdroje vůči pozorovateli (kladná rychlost znamená přibližování, záporná vzdalování).

Cíl Ověřit Dopplerův jev. Určit kmitočet zdroje při přibližování a při vzdalování. Pomůcky LabQuest, mikrofon MCA-BTA, zdroj zvuku (sirénka, MP3,...), kyvadlo, senzor polohy a pohybu MD-BTD.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Dopplerův jev 1.

Schéma

Postup 1. Senzor polohy a pohybu MD-BTD zapojíme do konektoru DIG 1 LabQuestu. Na závěs zavěsíme sirénku. 2. Zapneme LabQuest. 3. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 10s, Frekvence: 20 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf . 4. Necháme kývat kyvadlo. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. Z naměřených m a periodu T = ....s. Uložíme měření. hodnot určíme amplitudu rychlosti vm = ... s 5. Do vstupu CH 1 LabQuestu připojíme mikrofon MCA-BTA. 6. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: polovina periody (výše naměřená), Frekvence: 8000 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf . 7. Mikrofon umístíme do rovnovážné polohy kyvadla. Zapneme sirénku. Kyvadlo vychýlíme do krajní polohy A, pustíme ho a současně stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu.


8. Na dotykové obrazovce v oblasti „přibližován k mikrofonu“ si označíme „tažením“ pomocí dotykového pera (stylus) část diagramu a v menu Analýza – FFT zvolíme Akustický tlak (FFT = Fast Fourier Transform). Zapíšeme si frekvenci f1=...Hz „Špičku“. Stejně provedeme analýzu v části „vzdalování od mikrofonu“. Tím jsme určili frekvence při přibližování f1 (měla by být větší) a při vzdalování f2. 9. Opakujeme bod 7. a 8. pro kyvadlo v klidu. Určíme tím frekvenci sirénky f0, když je v klidu (měla by mít hodnotu mezi frekvencemi f1 a f2). 10. Z kmitočtů f0, f1, f2 a rychlosti zvuku vypočítáme rychlost pohybu kyvadla. 11. Měření můžeme několikrát opakovat pro jiné sirénky nebo výchylky (jiná rychlost). Doplňující otázky 1. Měření můžeme obrátit: Zdroj zvuku Z je v klidu (reproduktor, ladička 440Hz) a přijímač zvuku se pohybuje – LabQuest zavěšený na kyvadle; využijeme při měření vnitřní mikrofon (menu Senzory – Nastavení senzorů volba INT – Vnitřní mikrofon). POZOR při pohybu LabQuestu na jeho poškození!!!! 2. Můžeme nahrát zvuk troubícího kolem stálou rychlostí jedoucího auta a provést jeho analýzu.



Elektrický náboj a elektrické pole

7.1 ELEKTRICKÝ NÁBOJ, COULOMBŮV ZÁKON.

Fyzikální princip Elektrický náboj Q je fyzikální veličina, která popisuje stav zelektrování těles. Jeho jednotkou je coulomb – značka C. Náboj 1C je jednotka velká. Při pokusech ve třídě pracujeme s náboji o velikostech desítek nC (nano coulombů). 1nC je přibližně 6.000.000.000 elementárních elektrických nábojů (náboj elektronu,...). Existují dva druhy elektrického náboje: Kladný elektrický náboj (na skleněné tyči) a záporný elektrický náboj (na plastové tyči). Záporně nabité těleso má více elektronů než protonů. V kladně nabitém tělese převažují protony. K přesnému měření velikostí nábojů zelektrovaných těles slouží měřič náboje. Velikost elektrických sil Fe, kterými na sebe působí dva bodové náboje Q1 a Q2, je přímo úměrná absolutní hodnotě součinu jejich velikostí a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdáleností r Q1 ⋅ Q2 Q1 ⋅ Q2 1 . Fe = k = 2 4πε r ε 0 r 2 r Jelikož nemáme k dispozici dva bodové náboje má Coulombův zákon tvar 3 6  Q1 ⋅ Q2  1 a a ⋅ 1 − 4  + 14  − ... , kde a je poloměr kuliček. Fe = 2 4πε r ε 0 r r r   Cíl Změřit náboje různých zelektrovaných těles. Sledovat, jak se tento náboj mění při různých dějích nabíjení a vybíjení. Ověřit Coulombův zákon. Pomůcky LabQuest, měřič náboje CRG-BTA, siloměr BFS-BTA, tělesa (plechovka na polystyrénu, kovové kuličky s papírky), kovové kuličky na izolovaném držadle, zdroj vn k nabíjení těles, digitální váhy Ohaus Scout Pro.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Elektrický náboj. coulombův zákon 1.

Schéma

Postup 1. Měřič náboje CRG-BTA zapojíme do konektoru CH 1 LabQuestu. Plechovku položíme na polystyrénovou desku a připojíme k ní kladnou krokosvorku měřiče náboje (stačí plechovku postavit na kovovou tyčinku připojenou ke krokosvorce). Zápornou svorku spojíme s uzemňovací zdířkou zdroje vn. Ke zdroji vn (ke kladné a záporné svorce 10kV) připojíme dvě kovová tělesa s papírky. Zapneme zdroj vn (tělesa se nabíjejí). Na senzoru zvolíme rozsah +- 100nC. 2. Zapneme LabQuest. 3. Tlačítkem na senzoru „vybijeme“ náboj (vynulujeme senzor). 4. Postupně nabíjíme těleso (plechovku) kladně nebo záporně – dotykem ebonitové nebo skleněné tyče (třením nabité). Sledujeme jak se mění náboj. Stejné můžeme provádět pomocí umělohmotné slámky. 5. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 120s, Frekvence: 2 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf . Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Elektrický náboj. coulombův zákon 2.

6. Tlačítkem na senzoru „vybijeme“ náboj (vynulujeme senzor). 7. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 8. Pomocí kuliček na izolovaném držadle přenášíme nejdříve kladný náboj. Sledujeme o kolik vzroste. Pak přenášíme záporný náboj. Sledujeme o kolik klesne kladný náboj (vzroste záporný náboj). Zkoušíme postupně pro tři průměry kuliček. Porovnáme výsledky.

9. Při dalším měření propojíme nabíjené těleso (plechovku) s kladně (při dalším postupu záporně) nabitým tělesem pomocí ebonitové tyče, skleněné tyče. Sledujeme, zda roste nebo klesá náboj. Proč neroste (neklesá)? 10. Při dalším měření propojíme nabíjené těleso (plechovku) s kladně (při dalším postupu záporně) nabitým tělesem pomocí dřevěné špejle průřezu 3x3 mm. Sledujeme, co se děje. V dalším postupu zkracujeme délku špejle. Sledujeme, jak se mění nabíjení. V dalším postupu použijeme špejli 9x9 mm. Jak se změní výsledek měření. Proč tomu tak je?


11. Vyhodnotíme výsledky měření. Jak velké jsou náboje při pokusech (v coulombech, v elementárních nábojích). 12. Sestavíme měření podle druhého obrázku (viz schéma). 13. Digitální váhy připojíme k počítači. Nastavíme dobu měření 60 sekund. 14. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 15. Zapneme zdroj vn – nabíjení dvou koulí.

16. Z naměřeného grafu odečteme sílu působící mezi koulemi, kterou určíme ze změny hmotnosti spodní koule, která stojí na digitálních vahách. 17. Zhodnotíme měření – jaká je velikost síly mezi koulemi.


Doplňující otázky 1. Ověř výpočtem naměřené hodnoty podle Coulombova zákona – oba tvary. Který lépe vychází? 2. Zkus změřit sílu mezi dvěma nesouhlasně nabitými tělesy se siloměrem. Zkus naměřené ověřit výpočtem.



Elektrický náboj a elektrické pole

7.2.1 VYBÍJENÍ KONDENZÁTORŮ

Fyzikální princip Kapacitu C kondenzátoru určíme jako podíl náboje na kondenzátoru Q a napětí U mezi deskami Q C = . Napětí změříme voltmetrem a náboj určíme z grafu Q= f(t) jako plochu „pod“ grafem. U Cíl Změřit vybíjecí křivku kondenzátoru. Určit kapacitu kondenzátoru. Pomůcky LabQuest, rezistor 1 kΩ, 2ks kondenzátory 2200μF, voltmetr VP-BTA, přepínač, plochá baterie.

Schéma

Postup 1. Připojíme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 30s, Frekvence: 1000 čtení/s. Trigger nastavíme na Zapnuto ... je rostoucí přes 1V. Dále zvolíme zobrazení grafu. 3. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Vybíjení kondenzátorů 1.

4. Přepneme přepínač dle schéma a po sekundě (odhadneme) přepneme přepínač opačně.

5. 6. 7. 8.

Měření uložíme. Opakujeme pro dva kondenzátory zapojené paralelně a do série. Z grafu U=f(t) určíme hodnotu napětí U = ....V (začátek měření). Vytvoříme novou vypočítavanou veličinu I = U/R (R = 1000Ω) Pomocí menu Analýza – Výpočet plochy pod píkem – Proud určíme plochu „pod“ píkem v grafu I=f(t). Dostaneme tak náboj Q=.....C při vybíjení kondenzátoru. Q 9. Vypočítáme kapacitu C = = ...........F . U Doplňující otázky 1. Urči rovnici funkce U = f(t), případně I = f(t). 2. Urči kapacitu kondenzátoru pomocí střídavého proudu z kapacitance XC. 3. Zkus pro jiné hodnoty kondenzátorů a pro jiné hodnoty rezistoru (např.10 kΩ).

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Vybíjení kondenzátorů 2.


Stacionární magnetické pole

7.9 MAGNETICKÉ POLE CÍVKY

Fyzikální princip Magnetická indukce uvnitř velmi dlouhé cívky má velikost N ⋅I , kde I je velikost proudu, N je celkový počet B=µ l závitů a l je délka cívky.

Cíl Ověřit závislost magnetické indukce na velikosti proudu procházejícího cívkou. Pomůcky LabQuest, rezistor 10Ω, ampérmetr DCP-BTA, teslametr MG-BTA, cívka 166 a 332 závitů, regulovatelný zdroj proudu a napětí BK 127.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole cívky 1.

Postup 1. Připojíme ampérmetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Připojíme teslametr MG-BTA k vstupu CH2 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 2 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3. V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 1. V menu graf na ose x zvolíme proud; Vlevo: 0; Vpravo: 0,6A. Na ose y zvolíme Magnetickou indukci a Spojovat body; Dole: 0 a Nahoře: 6mT. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. 4. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 5. Regulovatelným zdrojem zvyšujeme napětí. Kontrolujeme proud – max. 0,6A. Teslametrem měříme magnetickou indukci uvnitř cívky.

6. Vyslovíme závěr - jak závisí mag. indukce B na velikosti elektrické proudu I? Doplňující otázky 1. Ze znalosti počtu závitů, délky cívky a proudu spočítej magnetickou indukci? 2. Změň cívku a opakuj měření. 3. Změř jak se mění magnetická indukce po podélné ose cívky při dané hodnotě proudu.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole cívky 2.

Pracovní list pro žáky


7.10 MAGNETICKÉ POLE ZEMĚ.

Fyzikální princip Magnetickou indukcí B nazýváme vektorovou veličinu, která charakterizuje magnetické pole. Jednotkou magnetické indukce je tesla, značka T. Magnet vytváří ve svém okolí magnetické pole, které můžeme znázornit soustavou magnetických indukčních čar. Stejně i Země má ve svém okolí magnetické pole. Pomocí magnetky (malý magnet) můžeme „zmapovat“ magnetické pole – určit směr indukčních čar. Mnohem rychleji lze obrazec indukčních čar určit pomocí železných pilin.

Magnetickou indukci měříme teslametrem. Zemské magnetické pole v ČR má magnetickou indukci 0,048 mT. Cíl Pomocí teslametru změřit magnetickou indukci magnetického pole Země.

Pomůcky LabQuest, teslametr MG-BTA, stojan laboratorní, úhloměr.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole země 1.

Schéma

Postup 1. Připojíme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Na teslametru nastavíme rozsah 0,3mT. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 10 s, Frekvence: 20 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení Graf . 3. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu a pomalu ve vodorovné rovině otáčíme teslametrem v magnetickém poli Země. Pozorujeme, kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetický pól). Z maximálních hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetické indukce B Země. (měření) na LabQuestu a pomalu ve svislé rovině (N-S 4. Stiskneme tlačítko START směr) otáčíme teslametrem v magnetickém poli Země. Pozorujeme, kde je maximum a kde je minimum. Maximální hodnota je hodnotou magnetické indukce B Země.


Doplňující otázky 1. Urči sklon indukční čáry magnetického pole u nás v ČR vzhledem k povrchu země. 2. Teslametr upevníme do stojanu. Pod teslametr položíme úhloměr. 3. V menu Senzory – Záznam dat nastavíme Režim: Události + Hodnoty; Název: Úhel; Jednotky: °. 4. Zvolíme zobrazení Graf . Podle kompasu nastavíme teslametr na sever. 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 6. Stiskneme tlačítko (zachovat). 7. Do textového okénka vložíme hodnotu 0° a stiskneme OK. 8. Teslametr otočíme o 10°. (zachovat). 9. Stiskneme tlačítko 10. Do textového okénka vložíme hodnotu 10° a stiskneme OK. 11. Opakujeme body 8., 9. a 10. pro 20°, 30°, 40°, …, 360°. 12. Stiskneme tlačítko (ukončit měření). 13. Měření zopakujeme v horizontální rovině v „N – S“ směru. 14. Vyslovíme závěr.




7.11 MAGNETICKÉ POLE MAGNETU.

Fyzikální princip Magnetickou indukcí B nazýváme vektorovou veličinu, která charakterizuje magnetické pole. Jednotkou magnetické indukce je tesla, značka T. Magnet vytváří ve svém okolí magnetické pole, které můžeme znázornit soustavou magnetických indukčních čar. Pomocí magnetky (malý magnet) můžeme „zmapovat“ magnetické pole – určit směr indukčních čar. Mnohem rychleji lze obrazec indukčních čar určit pomocí železných pilin.

Magnetickou indukci měříme teslametrem. Velikost magnetické indukce pole např. v blízkosti permanentního magnetu je řádově 10-2T až 10-1T. Cíl Pomocí teslametru změřit magnetickou indukci magnetického pole magnetu. Pomůcky LabQuest, teslametr MG-BTA, teslametr +-140 mT, stojan laboratorní, permanentní magnet.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole magnetu 1.

Schéma

Postup 1. Připojíme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Na teslametru nastavíme rozsah 6,4mT. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 10 s, Frekvence: 20 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení Graf . 3. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severnímu pólu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severního pólu magnetu (asi 5 sekund). (měření) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme 4. Stiskneme tlačítko START (asi 5 sekund) teslametr k jižnímu pólu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severního pólu magnetu (asi 5 sekund). 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podélné ose magnetu k jižnímu pólu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severního pólu magnetu (asi 5 sekund). Uložíme měření.


6. Otevřeme nový soubor a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 10 s, Frekvence: 20 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení Graf . 7. Zopakujeme měření pro magnet tvaru podkovy s teslametrem +- 140 mT.

Doplňující otázky 1. V menu Senzory – Záznam dat nastavíme Režim: Události + Hodnoty; Název: délka; Jednotky: cm. 2. Zvolíme zobrazení Graf . Teslametr upevníme do stojanu a postavíme na okraj magnetického pole magnetu tvaru podkovy. 3. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. (zachovat). 4. Stiskneme tlačítko 5. Do textového okénka vložíme hodnotu 0 cm a stiskneme OK. 6. Teslametr posuneme o 1 cm. 7. Stiskneme tlačítko (zachovat). 8. Do textového okénka vložíme hodnotu 1 cm a stiskneme OK. 9. Opakujeme body 7., 8. a 9. pro 2cm, 3 cm, 4 cm, …20 cm. 10. Stiskneme tlačítko (ukončit měření). 11. Měření zopakujeme ve vertikální rovině magnetu („N – S“). 12. Vyslovíme závěr.




7.12.1 HALLŮV JEV

Fyzikální princip Hallův jev vzniká při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb, InAs s odporem 0,01 až 20 Ohmů a tloušťky cca 0,1 mm, jedná se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanické pevnosti) obdélníkového tvaru. Při vložení destičky do magnetického pole skrz ní prochází indukční tok a přeskupuje náboje v destičce na jednu stranu. Tak na bočních stěnách destičky vzniká napětí (tzv. Hallovo napětí), které se dá vypočítat pomocí vzorce UH = k·I·B, kde k je konstanta (zahrnuje typ materiálu a tloušťku destičky), I je stejnosměrný proud a B je magnetická indukce způsobená magnetickým polem.

Cíl Pomocí teslametru změřit, jak závisí napětí UH na Hallově sondě na magnetické indukci B magnetického pole magnetu.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hallův jev 1.

Pomůcky LabQuest, voltmetr VP-BTA, teslametr MG-BTA, teslametr „za pár korun“ (viz doprovodný text), permanentní magnet.

Schéma

Postup 1. Připojíme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2 LabQuestu. Na teslametru MG-BTA nastavíme rozsah 6,4mT. Zapojíme obvod dle schéma. Voltmetr VPBTA připojíme k teslametru „za pár korun“ - je na něm zapojena Hallova sonda na napětí 3V a protilehlé vývody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomocí dvou vodičů. Na nich budeme měřit UH pomocí voltmetru VP-BTA. LabQuest připojíme přes USB k PC. 2. Zapneme LabQuest. 3. V menu programu LoggerPro zvolíme Experiment – Sběr dat zvolíme: Nepřerušený sběr dat. Dále pak Vzorkovací frekvence: 2 vzorek/sekundu. Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hallův jev 2.

4. Zapneme zdroj proudu na teslametru „za pár korun“. Vynulujeme oba senzory. Permanentní magnet přiblížíme k teslametru MG-BTA a teslametru „za pár korun“ na vzdálenost asi 2cm. Digitální displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz schéma). 5. V programu LoggerPro zvolíme Sběr dat a pomalu rovnoměrným pohybem vzdalujeme permanentní magnet (viz schéma – pohyb 1.). Pak otočíme magnet o 180° a pomalu rovnoměrným pohybem přibližujeme permanentní magnet (viz schéma – pohyb 2.). 6. V programu LoggerPro zvolíme Zastavit . 7. Opakujeme měření pro různé Hallovy sondy.

8. Vyslovíme závěr – jaká je závislost UH na B, jaká je citlivost. Doplňující otázky 1. Kde se Hallova sonda používá? 2. Jaký je rozsah teslametru MG-BTA a jaký teslametru „za pár korun“? 3. Zkus změřit magnetickou indukci magnetu „paralelně“ oběma teslametry. U teslametru „za pár korun“ vlož lineární funkci, která přepočítá UH na B.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hallův jev 3.



7.13 MAGNETICKÝ ZÁZNAM SIGNÁLŮ

Fyzikální princip Magnetický záznam signálů, kterým je uchovávána zvuková či obrazová informace nebo také digitální informace zpracovaná počítačem. Magnetický záznam je založen na trvalém zmagnetování vrstvy feromagnetika (např. oxidu železa), naneseného na nosiči z plastického materiálu.

Magnetický záznam se uskutečňuje pomocí zvláštního elektromagnetu – záznamové hlavy.

Cíl Provést mazání, magnetický záznam, snímání a opětné mazání na nosič. Pomůcky LabQuest, teslametr MG-BTA, permanentní magnet na mazání, permanentní magnet na záznam, svinovací metr jako nosič zaznamenaného signálu.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetický záznam signálů 1.

Schéma

Postup 1. Připojíme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Na teslametru MG-BTA nastavíme rozsah 6,4mT. Zapojíme obvod dle schéma. LabQuest připojíme přes USB k PC. 2. Zapneme LabQuest. 3. V menu programu LoggerPro zvolíme Experiment – Sběr dat a nastavíme: Délka: 10 s; Vzorkovací frekvence 20 vzorků/sekunda. 4. Nejdříve provedeme mazání na nosiči (svinovací metr):

5. V programu LoggerPro zvolíme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrným pohybem pomocí teslametru provedeme snímání signálů na nosiči:

6. Provedeme záznam signálů na nosiči (např. čtyřikrát):


7. Zopakujeme snímání signálů (jako v bodě 5.). 8. Zopakujeme mazání a snímaní (jako v bodě 4. a 5.).

9. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Vyzkoušej záznam různým (S, N) pólem permanentního magnetu. Jak se změní průběh signálu? 2. Vyzkoušej mazání a záznam na skutečný nosič – pásek od videokazety. 3. Vyzkoušej záznam na disketu.



Vlnová optika

8.2 DIFRAKCE SVĚTLA

Fyzikální princip Ohyb neboli difrakce světla je jev podmíněný vlnovými vlastnostmi světla. Světlo se po dopadu na okraj překážky šíří za překážkou i do oblasti geometrického stínu, tzn. do prostoru, kam by na základě přímočarého šíření nemělo světlo proniknout. Okraj překážky může být vytvořen hranou, štěrbinou, mřížkou, otvorem, vláknem, ... Za pžekážkou na stíntku se vytváří ohybový (difrakční) obrazec.

Cíl Vytvořit ohybový obrazec na stínítku a změřit změnu osvětlení E v ohybovém obrazci na stínítku. Pomůcky LabQuest, luxmetr LS-BTA, laser, mřížka, rozptylka, stínítko (z mléčného skla) s lištou (přidělaná kolíčky).

Pracovní list byl vytvořen - 1 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Difrakce světla 1.

Schéma

Postup 1. Luxmetr LS-BTA zapojíme do konektoru CH 1 LabQuestu. Sestavíme vše dle schéma. 2. Zapneme LabQuest. 3. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 20 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf . 4. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 5. Posunujeme luxmetrem pomalu (asi 20 s) a rovnoměrně za průsvitným stínítkem. Luxmetr se opírá o lištu připevněnou na stínítku těsně pod vytvořeným ohybovým obrazcem. 6. Vyslovíme závěr.


Doplňující otázky 1. Měření můžeme zopakovat s tím, že luxmetr upevníme do přípravku, který bude plynule a rovnoměrně pohybovat se senzorem. Přípravek můžeme vyrobit ze stavebnice MERKUR nebo LEGO NXT. Rovnoměrný pohyb bude zajišťovat motorek. 2. Ohybový obrazec můžeme vytvořit na otvoru, hraně, vlákně, ...



Optika

8.7 ODRAZIVOST SVĚTLA

Fyzikální princip Světlo se odráží z různých povrchů jinak. Porozumět těmto rozdílům je užitečné při výběru barvy a materiálu oblečení, při výběru barvy auta atd. Albedo je míra odrazivosti tělesa nebo jeho povrchu. Jde o poměr odraženého elektromagnetického záření ku množství dopadajícího záření. Zlomek, obvykle vyjadřovaný procentuálně od 0 % do 100 %, je důležitým pojmem v klimatologii a astronomii. Závisí také na úhlu dopadu záření: pokud není specifikován, uvažujeme o pravém úhlu. Albedo čerstvého sněhu je vysoké: až 90 %. Povrch oceánu má albedo nízké. Průměrné albedo Země je 37–39 %, zatímco u Měsíce dosahuje jen asi 12 %. Nejvyšší albedo mají oxid hořečnatý a síran barnatý (96-98 %). V astronomii lze podle albeda satelitů a asteroidů usuzovat na jejich složení, především na podíl ledu. Lidská činnost mění albedo (například kácením lesů a farmařením) různých oblastí zemského povrchu. Přesné vyčíslení tohoto efektu v globálním měřítku je však obtížné: není zřejmé, zda tyto změny přispívají ke zvyšování nebo snižování globálního oteplování. Typickým příkladem albedo efektu je zpětná vazba teploty sněhu. Pokud se v oblasti pokryté sněhem oteplí a sníh taje, albedo se sníží, je absorbováno více slunečního záření, což přispívá k dalšímu oteplování. Obráceně to platí také: při vytváření sněhu se uplatňuje ochlazovací cyklus.

Cíl Změřit odrazivost různých povrchů. Hliníkové fólie přiřadíme odrazivost 100 %. Pomůcky LabQuest, luxmetr LS-BTA, různé povrchy materiálů, stojan.

Pracovní list byl vytvořen - 1 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Odrazivost světla 1.

Schéma

Postup 1. Luxmetr LS-BTA zapojíme do konektoru CH 1 LabQuestu. Sestavíme měření dle schéma. Luxmetr upevníme do stojanu 5 cm nad podložku. 2. Zapneme LabQuest. 3. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20 s, Frekvence: 10 čtení/s. 4. Zvolíme zobrazení Graf . 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 6. Upevněný luxmetr rovnoměrným pohybem posunujeme nad různými povrchy materiálů. 7. Stiskneme tlačítko (ukončit měření). 8. Provedeme naměřených hodnot. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Urči odrazivost různých materiálů – písku, vody, hlíny, sněhu, … 2. Urči odrazivost různě barevných povrchů. 3. Urči odrazivost různě barevných povrchů v závislosti na barvě světla zdroje.

Pracovní list byl vytvořen - 2 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Odrazivost světla 2.


Optika

8.9 BUNSENŮV FOTOMETR

Fyzikální princip Bunsenův fotometr v tom nejjednodušším provedení se skládá z papíru P s mastnou skvrnou. Papír je upevněn na lavici se dvěma stojany, na nichž je umístěn na jedné straně zdroj světla Z0 o známé svítivosti I0 a na druhé straně zdroj Z o svítivosti I, kterou měříme (viz Obr. 1.).

Obr. 1 Bunsenův fotometr Samotné měření vychází z faktu, že je-li osvětlení jedné i druhé strany papíru (skvrny) stejné, mastná skvrna není pozorovatelná. Fotometrem tedy pohybujeme tak dlouho, dokud mastná skvrna na papíru nezmizí. Pak změříme vzdálenost r0 fotometru od zdroje o známé svítivosti a vzdálenost r od zdroje r2 proměřovaného. Neznámou svítivost I pak vypočítáme ze vzorce I = I 0 2 . Měření svítivosti jsme r0 tedy takto převedli na prosté měření vzdáleností. K měření použijeme Bunsenův fotometr z fotorezistorů (viz obrázek 2).

Cíl Určit neznámou svítivost zdroje světla. Na jedné straně použít zdroj o známé svítivosti a na druhé straně s neznámou svítivostí. Jeho svítivost pak určit měřením a výpočtem. Pracovní list byl vytvořen - 1 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Bunsenův fotometr 1.

Pomůcky LabQuest, luxmetr LS-BTA, žárovka 12V/20W, ohmmetr – 2 ks, metr, zdroj světla s neznámou svítivostí, Bunsenův fotometr z fotorezistorů.

Schéma

Postup 1. Ohmmetry zapojíme do konektoru CH 1 a CH 2 LabQuestu. 2. LabQuest propojíme s PC pomocí USB kabelu. Vše sestavíme podle schéma. Oba zdroje vzdálené jsou 100 cm. 3. Zapneme LabQuest. 4. V menu Experiment – Sběr dat nastavíme Mód: Události se vstupy; Název: Vzdálenost; Jednotka: cm. Dále nastavíme měřítko na ose x: Vlevo: 0 cm a Vpravo: 100 cm. 5. Stiskneme tlačítko Sběr dat. 6. Nastavíme Bunsenův fotometr 10 cm od zdroje Z0. 7. Stiskneme tlačítko

(zachovat).

Pracovní list byl vytvořen - 2 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Bunsenův fotometr 2.

8. Do textového okénka vložíme hodnotu 10cm a stiskneme OK. 9. Opakujeme body 6., 7. a 8. pro hodnoty vzdálenosti 20cm, 30cm, ..., 90cm. 10. Ukončíme měření.

11. Určíme vzdálenosti ro a r a vypočítáme neznámou svítivost zdroje světla. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Urči svítivost použitých zdrojů světla luxmetrem. Porovnej naměřené hodnoty. 2. Porovnej svítivost I obyčejné žárovky a jí odpovídající svítivost úsporné žárovky. 3. Změř svítivost svíčky (dvou, tří, čtyř, …).

Pracovní list byl vytvořen - 3 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Bunsenův fotometr 3.


Elektrické pole

1.11 ZDROJE ELEKTRICKÉHO NAPĚTÍ

Fyzikální princip Zdroje elektrického napětí jsou: elektrárny, galvanické články a akumulátory.

Cíl Změřit, jak se mění napětí při vybíjení (používání) zdroje – vybíjecí křivku.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Zdroje elektrického napětí 1.

Pomůcky LabQuest, držák baterie a rezistor, ampérmetr DCP-BTA, voltmetr VP-BTA, zdroj elektrického napětí – galvanický článek, akumulátor.

Schéma

Postup 1. Připojíme ampérmetr DCP-BTA ke vstupu CH1 a voltmetr VP-BTA ke vstupu CH2 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 12 h, Frekvence: 300 čtení/h. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3. V menu Senzory zvolíme Vynulovat (spínač je vypnutý). 4. Sepneme spínač. Stiskneme tlačítko START


5. Když začne napětí klesat pod 1V zastavíme měření. 6. Vyslovíme závěr.


Doplňující otázky 1. Vytvoř si jednoduchý galvanický článek z jablka (nebo citronu), železného hřebíku a měděného drátu podle obrázku. Změř voltmetrem závislost napětí v závislosti na čase (připoj rezistor 1000Ω).

2. Změř vybíjecí křivku pro různé zdroje. Urči kapacitu článku. Porovnej s jmenovitou kapacitou.

3. Jaké výhody má elektrické napětí z baterií oproti napětí ze zásuvek? Jaké nevýhody naopak mají baterie?



Elektrický obvod

1.12 ÚČINKY ELEKTRICKÉHO PROUDU

Fyzikální princip Elektrický proud má pohybové, tepelné, světelné, magnetické a chemické účinky. Jednoduché spotřebiče můžeme rozdělit podle účinků elektrického proudu na pohybové, tepelné, světelné, magnetické a chemické spotřebiče. Cíl Ověřit pohybové účinky elektrického proudu na elektromotor. Ověřit světelné účinky elektrického proudu na žárovku. Ověřit magnetické účinky (magnetická indukce) elektrického proudu procházejícího cívkou. Ověřit chemické účinky elektrického proudu procházejícího kapalinou (vodou). Ověřit tepelné účinky elektrického proudu na teplotu vodiče, kterým proud prochází. Pomůcky LabQuest, ampérmetr HCS-BTA, ampérmetr DCP-BTA, teslametr MG-BTA, teploměr TMP-BTA, cívka 166 a 332 závitů, regulovatelný zdroj proudu a napětí BK 127, žárovka 12V, spirála, luxmetr LS-BTA, voltmetr 30V-BTA.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Účinky elektrického proudu 1.

Schéma a) světelné účinky elektrického proudu na žárovku

b) magnetické účinky elektrického proudu procházejícího cívkou

c) tepelné účinky elektrického proudu na teplotu vodiče, kterým proud prochází


Postup a) světelné účinky elektrického proudu na žárovku 1) Připojíme luxmetr LS-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Připojíme ampérmetr HCS-BTA ke vstupu CH2 LabQuestu. Připojíme voltmetr 30V-BTA ke vstupu CH3 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma – spínač je rozepnutý. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. Vynulujeme ampérmetr a voltmetr. Žárovku s luxmetrem můžeme zakrýt krabicí, aby luxmetr neměřil osvětlení pozadí. 2) Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 30s, Frekvence: 10 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3) V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 1. V menu graf na ose x zvolíme proud; Vlevo: 0; Vpravo: 0,6A. Na ose y zvolíme Osvětlení a Spojovat body; Dole: 0 a Nahoře: 600 lx. 4) V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 2. V menu graf na ose x zvolíme napětí; Vlevo: 0; Vpravo: 16 V. Na ose y zvolíme Proud a Spojovat body; Dole: 0 a Nahoře: 0,4 A. 5) Stiskneme tlačítko START

(měření) na LabQuestu. Sepneme spínač.

6) Regulovatelným zdrojem zvyšujeme napětí (do 12V). Kontrolujeme proud – max. 0,6A. Luxmetrem měříme osvětlení způsobené žárovkou


b) magnetické účinky elektrického proudu procházejícího cívkou 1) Připojíme ampérmetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Připojíme teslametr MG-BTA k vstupu CH2 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2) Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 2 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3) V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 1. V menu graf na ose x zvolíme proud; Vlevo: 0; Vpravo: 0,6A. Na ose y zvolíme Magnetickou indukci a Spojovat body; Dole: 0 a Nahoře: 6mT. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. 4) Stiskneme tlačítko START


5) Regulovatelným zdrojem zvyšujeme napětí. Kontrolujeme proud – max. 0,6A. Teslametrem měříme magnetickou indukci uvnitř cívky.

c) tepelné účinky elektrického proudu na teplotu vodiče, kterým proud prochází 1) Připojíme teploměr TMP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Připojíme ampérmetr HCS-BTA ke vstupu CH2 LabQuestu. Připojíme voltmetr 30V-BTA ke vstupu CH3 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma – spínač je rozepnutý. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. Vynulujeme ampérmetr a voltmetr. Teploměr se spirálou vložíme do kádinky s vodou. 2) Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 1000s, Frekvence: 2 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3) V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 1. V menu graf na ose x zvolíme čas; Vlevo: 0; Vpravo: 1000 s. Na ose y zvolíme Napětí a Spojovat body; Dole: 0 a Nahoře: 25 V. Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Účinky elektrického proudu 4.

4) V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 2. V menu graf na ose x zvolíme čas; Vlevo: 0; Vpravo: 1000 s. Na ose y zvolíme Teplota a Spojovat body; Dole: 20 a Nahoře: 35 °C. Regulovatelným zdrojem nastavíme napětí (na 20V). Kontrolujeme proud – max. 10 A. 5) Stiskneme tlačítko START

(měření) na LabQuestu. Sepneme spínač.

6) Teploměrem měříme teplotu vody zahřívané spirálou.

11. Vyslovíme závěr – jaké jsou účinky elektrického proudu v jednotlivých případech? Doplňující otázky 1. Ve kterém elektrickém přístroji se projevuje současně několik účinků elektrického proudu? 2. Jakých účinků elektrického proudu využívá elektrický zvonek? 3. Změř jak závisí síla F přitahující jádro na velikosti proudu procházejícího cívkou. Kde se toho dá využít? 4. Chemické účinky viz úloha 1.16 Elektrický proud v kapalinách. 5. Změř pohybové účinky el. proudu na otáčení elektromotoru. Pohyb můžeš snímat luxmetrem.



Elektrický obvod

1.13 MAGNETICKÉ VLASTNOSTI ELEKTRICKÉHO PROUDU

Fyzikální princip Prochází-li vodičem elektrický proud , vzniká v jeho okolí magnetické pole. Magnetické indukční čáry mají tvar kružnic. Kružnice leží v rovinách kolmých na vodič a mají středy v bodech vodiče.

Magnetické pole popisuje veličina magnetická indukce B. Měříme ji v jednotkách tesla (T). Magnetickou indukci měříme teslametrem.

Cíl Pomocí teslametru změřit magnetickou indukci v okolí vodiče.

Pracovní list byl vytvořen - 1 - v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické vlastnosti elektrického proudu 1.

Pomůcky LabQuest, teslametr MG-BTA, ampérmetr HCS-BTA, regulovatelný zdroj napětí, vodič.

Schéma


Postup 1. Připojíme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu a ampérmetr HCS-BTA ke vstupu CH2 LabQuestu. Na teslametru nastavíme rozsah 6,4mT. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 10 s, Frekvence: 20 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení Graf . 3. Na zdroji nastavíme proud I = 1 A. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 10 sekund) teslametr k vodiči. Uložíme měření. 4. Na zdroji nastavíme proud I = 2 A (3, 4, 5). Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 10 sekund) teslametr k vodiči. Uložíme měření. 5. Vyslovíme závěr – jak zavisí magnetická indukce na velikosti proudu a na vzdálenosti. Doplňující otázky 1. Velikost magnetické indukce okolo rovného dlouhého vodiče ve vzdálenosti d můžeme vypočítat pomocí Biot-Savartova zákona (někdy též Biot-Savart-Lapalceova). I I I = 4π ⋅ 10 −7 ⋅ = 2 ⋅10 −7 ⋅ (přibližně ve vzduchu). Provedeme stejné měření, 2⋅π ⋅ d 2 ⋅π ⋅ d d ale v závislosti na vzdálenosti d – měříme pravítkem a vkládáme po jednotlivých krocích.. B=µ⋅



Elektrický obvod

1.14 MAGNETICKÉ POLE, CÍVKY

Fyzikální princip Cívka vznikne, když vodič navineme na povrch válce nebo hranolu. Magnetické indukční čáry uvnitř cívky jsou rovnoběžné s její osou. Magnetická indukce uvnitř velmi N ⋅I dlouhé cívky má velikost B = µ , kde I je velikost l proudu, N je celkový počet závitů a l je délka cívky. Cíl Ověřit závislost magnetické indukce na velikosti proudu procházejícího cívkou. Pomůcky LabQuest, rezistor 10Ω, ampérmetr DCP-BTA, teslametr MG-BTA, cívka 166 a 332 závitů, regulovatelný zdroj proudu a napětí BK 127.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole, cívky 1.

Postup 1. Připojíme ampérmetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. Připojíme teslametr MG-BTA k vstupu CH2 LabQuestu. Zapojíme obvod dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 2 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3. V menu Graf nastavíme Ukázat graf – Graf 1. V menu graf na ose x zvolíme proud; Vlevo: 0; Vpravo: 0,6A. Na ose y zvolíme Magnetickou indukci a Spojovat body; Dole: 0 a Nahoře: 6mT. V menu Senzory zvolíme Vynulovat. 4. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 5. Regulovatelným zdrojem zvyšujeme napětí. Kontrolujeme proud – max. 0,6A. Teslametrem měříme magnetickou indukci uvnitř cívky.

6. Vyslovíme závěr - jak závisí mag. indukce B na velikosti elektrické proudu I? Doplňující otázky 1. Ze znalosti počtu závitů, délky cívky a proudu spočítej magnetickou indukci? 2. Změň cívku a opakuj měření. 3. Změř jak se mění magnetická indukce po podélné ose cívky při dané hodnotě proudu.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Magnetické pole, cívky 2.


Pohyb tělesa

2.1 RYCHLOST POHYBU

Fyzikální princip Rychlost v je dráha, kterou urazí těleso za jednotku času. Rychlost měříme v metrech za sekundu m  km    nebo v kilometrech za hodinu   . U rovnoměrného pohybu se rychlost nemění a u s  h  nerovnoměrného pohybu se rychlost mění (u zrychleného se zvětšuje u zpomaleného se zmenšuje). Průměrná rychlost je podíl celkové dráhy s a celkové doby t, za kterou těleso dráhu urazilo. Průměrná rychlost určená ve velmi krátkém časovém úseku se nazývá okamžitá rychlost. Měříme ji tachometrem. Cíl Změřit pomocí ultrazvukového senzoru rychlost různých těles. Pomůcky LabQuest, ultrazvukový senzor MD-BTD nebo GO-MOT.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Rychlost pohybu 1.

Postup 1. Připojíme ultrazvukový senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1. 2. V menu Senzory – Záznam dat nastavíme Režim: Časová základna; Frekvence: 20čtení/s; Trvání: 20s. 3. Zvolíme zobrazení Graf

.

4. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. a) Pohybujeme dlaní (knihou) nad senzorem tam a zpět – měříme rychlost pohybu dlaně k senzoru; b) Můžeme ultrazvukový senzor postavit svisle na hranu stolu a přibližovat se a vzdalovat se od senzoru – měříme rychlost chůze člověka (0 až 6m);

c) Zavěsíme těleso na závěs a měříme rychlost tělesa, které se kývá na závěsu kyvadla; d) Zavěsíme na pružinu závaží a pod závaží položíme ultrazvukový senzor pod něj a měříme rychlost kmitajícího závaží na pružině od senzoru; e) Vezmeme senzor do ruky (míří svisle dolů) a pod něj vložíme basketbalový míč a pustíme míč k zemi – měříme rychlost padajícího míče od senzoru; f) Stejné jako za e), ale s mělkým papírovým kornoutem nebo mělkým papírovým talířem; g) Měříme rychlost jedoucího autíčka (viz fotka výše), vláčku, ... h) Měříme rychlost vozíčku na vozíčkové dráze VDS (vodorovné, šikmé). 5. Ukončíme měření. Doplňující otázky 1. Jaký druh pohybu znázorňují jednotlivé grafy? 2. Překreslete grafy v = f(t) na grafy s = f(t) a naopak. 3. Nakreslete graf v = f(t) a pak se podle něj pohybujte (viz 4. b) ).

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Rychlost pohybu 2.


Pohyb tělesa

2.2 DRÁHA ROVNOMĚRNÉHO A NEROVNOMĚRNÉHO POHYBU

Fyzikální princip Těleso se pohybuje rovnoměrným pohybem, jestliže se pohybuje stále stejnou rychlostí. Těleso se pohybuje nerovnoměrným pohybem, jestliže se jeho rychlost mění.

Dráhu rovnoměrného i nerovnoměrného pohybu můžeme určit z grafu časového průběhu rychlosti jako plochu mezi tímto grafem a časovou osou (osou x). Cíl Určit zda daný pohyb je rovnoměrný nebo nerovnoměrný a dráhu tohoto pohybu. Pomůcky LabQuest, ultrazvukový senzor MD-BTD, vozíček, dráha pro mechaniku VDS.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Dráha rovnoměrného a nerovnoměrného pohybu 1.

Schéma

Postup 1. Připojíme ultrazvukový senzor MD-BTD nebo GO-MOT do vstupu DIG 1 LabQuestu a ten přes USB do PC. Pomocí digitálních vah určíme hmotnost vozíčku. 2. Sestavíme měření dle schéma. Dráha je velmi mírně nakloněná. 3. Zapneme LabQuest a připojíme k PC. Přepínač ultrazvukového senzoru přepneme na vozíček.

4. V programu LoggerPro v menu Experiment – Sběr dat nastavíme: Délka: 10 s; Vzorkovací frekvence: 20vzorků/sekunda. 5. Postavíme vozíček 20 cm od ultrazvukového senzoru, pustíme ho a současně zapneme sběr dat. Vozíček bude střídavě sjíždět a vyjíždět (po odrazu od magnetického nárazníku) po dráze. Uložíme měření. 6. Dráhu postavíme vodorovně (můžeme zkontrolovat vodováhou). 7. Postavíme vozíček 20 cm od ultrazvukového senzoru, uvedeme ho do pohybu a současně zapneme sběr dat. 8. Vyslovíme závěr – kdy se pohyboval vozíček rovnoměrně a kdy nerovnoměrně. Doplňující otázky 1. Určíme dráhu - plochu pod grafem časového průběhu rychlosti. 2. Můžeme provést stejná měření s míčem.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Dráha rovnoměrného a nerovnoměrného pohybu 2.


Síly a jejich vlastnosti

2.3 MĚŘENÍ SÍLY - ŠPEJLE

Fyzikální princip Síla je fyzikální veličina, která popisuje vzájemné působení těles. Označuje se písmenem F. Jednotku síly je newton N. Cíl Změřit průhyb volného konce d špejle na působící síle F. Měření provést pro různé délky l.

Pomůcky LabQuest, siloměr DFS-BTA, sada závaží, pružina, letecká guma, špejle.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Měření síly - špejle 1.

Schéma

Postup 1. Siloměr DFS-BTA zapojíme do konektoru CH 1 LabQuestu. Siloměr přepneme na citlivější rozsah 0-10N a upevníme jej na stojan (viz schéma). 2. Zapneme LabQuest. 3. V menu Senzory – Záznam dat nastavíme Režim: Události + Hodnoty; Název: délka; Jednotky: cm. 4. Zvolíme zobrazení Graf . K siloměru připevníme konec špejle (viz schéma) – špejle ukazuje na měřítku 0 cm. Siloměr „vynulujeme“. 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 6. Stiskneme tlačítko (zachovat). 7. Do textového okénka vložíme hodnotu 0 cm a stiskneme OK. 8. Siloměr posuneme tak, aby ohnutá špejle ukazovala na měřítku 1 cm. 9. Stiskneme tlačítko (zachovat). 10. Do textového okénka vložíme hodnotu 1 cm a stiskneme OK. 11. Opakujeme body 8. a 9. pro 2cm, 3 cm, 4 cm a 5 cm. 12. Stiskneme tlačítko (ukončit měření). 13. Měření zopakujeme pro různé délky špejle. 14. Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Provedeme měření pro různé špejle (tloušťka, tvar).

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Měření síly - špejle 2.


Kapaliny

2.7 HYDROSTATICKÝ TLAK

Fyzikální princip Hydrostatický tlak ph v hloubce h je roven součinu hloubky h, hustoty kapaliny ρ a tíhového zrychlení g. ph = h ⋅ ρ ⋅ g Cíl Změřit hydrostatický tlak v hloubce h. Pomůcky LabQuest, tlakové čidlo GPS-BTA, odměrný válec s měřítkem.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hydrostatický tlak 1.

Postup 1. Připojíme tlakové čidlo GPS-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. K senzoru přišroubujeme hadičku, kterou můžeme izolepou přilepit na pravítko s umělé hmoty tak, že začátek hadičky bude na „nule“ pravítka. Tím můžeme měřit délku ponoření hadičky – hloubku v kapalině. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 30s, Frekvence: 5 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . (měření) na LabQuestu. 3. Stiskneme tlačítko START 4. Ponořujeme pomalu rovnoměrným pohybem konec hadičky do hloubky 20 cm do vody v odměrném válci a zpět. POZOR na vodu – nesmí se dostat do senzoru!!!

5. Uložíme graf – menu Graf – Uložit měření. 6. V menu Senzory – Záznam nastavíme Režim: Události + hodnoty; Název: Hloubka; Jednotka: cm. 7. Zvolíme zobrazení Graf . 8. Hadička není ponořená. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 9. Stiskneme tlačítko (zachovat). 10. Do textového okénka vložíme hodnotu 0 cm a stiskneme OK. 11. Ponoříme konec do hloubky 1 cm (sledujeme na stupnici pravítka). 12. Stiskneme tlačítko (zachovat). 13. Do textového okénka vložíme hodnotu 1 cm a stiskneme OK. 14. Opakujeme body 11., 12. a 13. pro hodnoty úhlu 2 cm, 3 cm, ..., 20 cm. 15. Stiskneme tlačítko (ukončit měření). Soubor uložíme. 16. Provedeme analýzu grafu – menu Analýza – Fitovat křivku – Typ rovnice (nebo soubor nahrajeme do PC a v programu LoggerPro provedeme analýzu). Vyslovíme závěr. Doplňující otázky 1. Provedeme stejné měření pro jinou kapalinu (líh, …). 2. Vyzkoušej měřením nezávislost tlaku v kapalině na směru. 3. Ověř měřením, že tlak kapaliny v nádobě nezávisí na tvaru nádoby. Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hydrostatický tlak 2.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Hydrostatický tlak 3.


Kapaliny

2.9 PASCALŮV ZÁKON

Fyzikální princip Působí-li na kapalinu v uzavřené nádobě vnější tlaková síla, zvýší se tlak ve všech místech stejně (Pascalův zákon).

Cíl Změřit hydrostatický tlak v různých hloubkách při změně vnější tlakové síly. Pomůcky LabQuest, 2ks tlakové čidlo GPS-BTA, PET láhev s měřítkem.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Pascalův zákon 1.

Postup 1. Připojíme tlaková čidla GPS-BTA ke vstupům CH1 a CH2 LabQuestu (nebo LabQuest Mini). K senzorům přišroubujeme hadičky, které vedou přes gumovou zátku do PET láhve tak, že konce hadiček budou v různých hloubkách (rozdíl asi 20 cm). Tím dosáhneme toho, že počáteční tlak bude u obou senzorů různý. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 20s, Frekvence: 2 . Vynulujeme oba tlaky (hadičky nejsou ponořeny ve čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu vodě). 3. Napustíme PET láhev vodou a zasuneme hadičky do PET (senzory musí být výše než je PET láhev – POZOR na vodu – nesmí se dostat do senzoru!!!). Utěsníme zátku. 4. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 5. Malou silou stlačujeme rukou PET láhev. 6. Uložíme graf – menu Graf – Uložit měření.


7. Vyslovíme závěr – jak se mění tlak v různých hloubkách. Doplňující otázky 1. Provedeme stejné měření PET láhev položenou vodorovně. 2. Provedeme měření pro spojené nádoby – dvě PET láhve nebo dvě injekční stříkačky.



Plyny

2.12 PŘETLAK A PODTLAK

Fyzikální princip Plyn má v nádobě podtlak, jestliže je tento tlak nižší než atmosférický. Plyn má v nádobě přetlak, jestliže je tento tlak větší než atmosférický. Cíl Změřit přetlak a podtlak plynu v nádobě. Pomůcky LabQuest, tlakové čidlo GPS-BTA, barometr BAR-BTA, PET láhev, nafukovací dětský balónek.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Přetlak a podtlak 1.

Postup 1. Připojíme tlakové čidlo GPS-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu. K senzoru přišroubujeme injekční stříkačku s nastavenou hodnotou objemu „10 ml“ dle schéma. 2. Zapneme LabQuest a nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 60s, Frekvence: 5 čtení/s. Dále zvolíme zobrazení grafu . 3. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. 4. Tlakem na píst vyvoláváme přetlak a podtlak a přetlak.

5. Měření uložíme. 6. K senzoru připojíme (našroubujeme) skleněnou baňku naplněnou vzduchem. Teplota plynu uvnitř je stejná jako v okolí. 7. Opakujeme předchozí měření s tím, že baňku (tím i plyn) ohříváme v teplé vodě a ochlazujeme ve studené (kostky ledu) vodě. Pozorujeme, jak se mění tlak. 8. Vyslovíme závěr – kdy nastává přetlak a kdy podtlak. Doplňující otázky 1. 2. 3. 4. 5.

Jak můžeme přetlak a podtlak vytvořit? Kde se přetlak a kde se podtlak využívá? Změř přetlak v balónku. Jak se mění s průměrem balónku? Připoj k senzoru PET láhev. Zkus mačkat láhev a měřit hodnotu přetlaku. Ohřej plyn v PET láhvi (horkou vodou). Uzavři PET láhev a ochlazuj láhev (plyn). Měř podtlak uvnitř láhve.

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Přetlak a podtlak 2.


SVĚTELNÉ JEVY

2.13 STÍN A POLOSTÍN

Fyzikální princip Stín je prostor za tělesem, do něhož neproniká světlo ze zdroje. Polostín je prostor za tělesem, do kterého proniká světlo pouze z části zdroje.

Cíl Pomocí senzoru světla určit intenzitu osvětlení v oblasti stínu a polostínu. Pomůcky LabQuest, žárovka 12V/20W, světelný senzor TILT-BTA nebo luxmetr LS-BTA, těleso.

Schéma

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Stín a polostín 1.

Postup 1. 2. 3. 4.

Světelný senzor TILT-BTA zapojíme do konektoru CH 1 LabQuestu. Sestavíme měření dle schéma. Zapneme LabQuest. Nastavíme v menu Senzory – Záznam dat: Trvání: 10s, Frekvence: 10 čtení/s. Zvolíme zobrazení Graf . 5. Stiskneme tlačítko START (měření) na LabQuestu. Senzorem světla TILT-BTA plynule pohybujeme nad oblastí stínu a polostínu z jedné strany na druhou (viz schéma, asi 10s).

6. Stiskneme tlačítko

(ukončit měření). Soubor uložíme.

7. Vyslovíme závěr – jaká intenzita osvětlení v jednotlivých oblastech. Doplňující otázky 1. Měření opakujeme se dvěma zdroji světla 2. Měření opakujeme s jiným tělesem (jiný tvar).

Pracovní list byl vytvořen v rámci projektu Rozvoj profesních kompetencí učitelů fyziky základních a středních škol v Olomouckém kraji CZ.1.07/1.3.13/02.0002 Stín a polostín 2.

Pracovní list LabQuest Vernier. Fyzikální princip Bílé světlo se při průchodu skleněným hranolem rozkládá na jednoduché barvy vzniká tak spektrum

Recommend Documents